一種硬幣自動(dòng)清分裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

杜 娟 肖紅波(武漢交通職業(yè)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 湖北 武漢：430065)

一種硬幣自動(dòng)清分裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

杜 娟 肖紅波
(武漢交通職業(yè)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 湖北 武漢：430065)

分析了硬幣清分的必要性，在研究目前國(guó)內(nèi)較為成熟的硬幣自動(dòng)清分技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種基于硬幣面積大小檢測(cè)和單片機(jī)信號(hào)處理的硬幣自動(dòng)清分裝置，闡述了該裝置的工作流程、主要組成部分的設(shè)計(jì)。通過(guò)實(shí)踐，該裝置能夠準(zhǔn)確有效清分1角、5角和1元硬幣，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。

硬幣；清分；自動(dòng)裝置；硬幣分類；硬幣計(jì)數(shù)

硬幣具有較紙幣耐磨損、易回收等一些優(yōu)點(diǎn)，在人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂脧V泛。世界各國(guó)貨幣發(fā)行的趨勢(shì)有大面值貨幣電子化、小面值貨幣硬幣化之說(shuō)[1]。隨著硬幣的廣泛使用，硬幣的分揀與計(jì)數(shù)成為一個(gè)急需解決的問(wèn)題，尤其是公交車公司、銀行、超市、商品零售等有大量硬幣來(lái)往的企業(yè)，迫切需要一種能夠準(zhǔn)確高效地進(jìn)行硬幣分檢和計(jì)數(shù)的裝置。為此，文中設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種硬幣自動(dòng)清分裝置，通過(guò)自動(dòng)化操作，可對(duì)市面上流通的一角、五角和一元這三類硬幣進(jìn)行高效可靠地分揀和計(jì)數(shù)。

1 硬幣特征分析

目前，國(guó)內(nèi)較為成熟的硬幣自動(dòng)清分技術(shù)多數(shù)是根據(jù)物理技術(shù)進(jìn)行清分，如根據(jù)形狀尺寸、材料性質(zhì)、體積密度等進(jìn)行分類[2-3]。本裝置設(shè)計(jì)根據(jù)物理技術(shù)進(jìn)行硬幣的檢測(cè)和分類。在設(shè)計(jì)中對(duì)市面上流通的硬幣的材質(zhì)、直徑、重量、厚度、邊形、形狀等特征進(jìn)行了分析，如表1所示。

表1 硬幣基本特征分析

本裝置的設(shè)計(jì)考慮過(guò)通過(guò)傳感器對(duì)硬幣的重量、材質(zhì)和大小三個(gè)物理量進(jìn)行檢測(cè)，利用重量特征檢測(cè)時(shí)，需要傳感器與硬幣接觸，實(shí)現(xiàn)裝置復(fù)雜；利用材質(zhì)特征檢測(cè)時(shí)，5角和1元的材質(zhì)都是鋼芯，表面鍍層材料不同，硬幣在使用過(guò)程中存在表面材質(zhì)磨損，對(duì)檢測(cè)結(jié)果存在一定的誤差。因此，硬幣清分裝置設(shè)計(jì)利用面積大小特征進(jìn)行硬幣的檢測(cè)和分類。

2 裝置工作流程方案設(shè)計(jì)

硬幣自動(dòng)清分裝置由單個(gè)輸送系統(tǒng)、檢測(cè)傳動(dòng)系統(tǒng)、分揀計(jì)數(shù)系統(tǒng)組成，如圖1所示。

圖1 組成系統(tǒng)

將待清分的硬幣倒入硬幣漏斗中，漏斗底部設(shè)計(jì)為矩形開(kāi)口截面，方便硬幣從漏斗中逐個(gè)流出到檢測(cè)傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)帶上，利用傳感器對(duì)硬幣面積大小進(jìn)行檢測(cè)計(jì)算，從而識(shí)別出硬幣的種類，并將識(shí)別檢測(cè)信號(hào)輸入到單片機(jī)中進(jìn)行處理，控制分揀計(jì)數(shù)系統(tǒng)中的硬幣接盤旋轉(zhuǎn)一定角度，硬幣直接落入對(duì)應(yīng)的接盤中，從而完成硬幣的清分。其原理圖如圖2所示。

圖2 裝置原理圖

3 主要組成部分的設(shè)計(jì)

3.1 漏斗

任何的硬幣分類裝置都需要一個(gè)放入硬幣的地方[4]。本裝置中漏斗的主要作用是將混雜的硬幣逐個(gè)間隔漏下落入硬幣輸送帶傳動(dòng)上，逐個(gè)間隔落下是關(guān)鍵，故在漏斗末端的開(kāi)口截面設(shè)計(jì)為矩形。為保證所有硬幣都落入傳動(dòng)帶上，截面長(zhǎng)度和寬度根據(jù)尺寸最大的一元硬幣的直徑和厚度設(shè)計(jì)，并留10%余量，根據(jù)表1中數(shù)據(jù)計(jì)算得到：

截面長(zhǎng)度L=25+25×10%≈27mm。

截面寬度D=1.85+1.85×10%≈2mm。

所以漏斗底部矩形開(kāi)口的尺寸為27mm×2mm。

3.2 帶傳動(dòng)

硬幣自動(dòng)清分裝置中，硬幣的輸送由帶傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)。帶傳動(dòng)輸入軸通過(guò)軸承支撐在支架上，裝置采用12V直流電機(jī)為輸入軸提供動(dòng)力源。硬幣從左邊進(jìn)入傳動(dòng)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)硬幣輸送。為了使硬幣逐個(gè)間隔通過(guò)，在皮帶上方設(shè)置了一個(gè)只容單個(gè)硬幣通過(guò)的凹槽，該凹槽與漏斗底部矩形開(kāi)口的形狀和尺寸一致。同時(shí)，為了保證傳送帶上的硬幣準(zhǔn)確落入對(duì)應(yīng)的硬幣清分接盤中，設(shè)計(jì)帶傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)速度、單片機(jī)信號(hào)處理速度以及硬幣清分接盤轉(zhuǎn)動(dòng)速度相一致。

3.3 硬幣接盤及其控制

硬幣接盤位于錢幣自動(dòng)清分裝置的下方，主要

由接盤馬達(dá)、聯(lián)軸器和接盤組成。接盤的結(jié)構(gòu)是一個(gè)圓盤，把圓盤等分三等分區(qū)域，每個(gè)區(qū)域分別設(shè)置為1角、5角和1元收集區(qū)。接盤通過(guò)聯(lián)軸器與接盤馬達(dá)相連。通過(guò)單片機(jī)接收到的傳感器信號(hào)進(jìn)行判斷，從而對(duì)接盤馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行發(fā)送指令[5]。在此處，接盤馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度始終在±120°。圖3描述了硬幣接盤運(yùn)動(dòng)的控制流程。

圖3 硬幣接盤運(yùn)動(dòng)控制流程圖

4 結(jié)語(yǔ)

本裝置通過(guò)機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，利用傳感器、單片機(jī)信號(hào)處理與帶傳動(dòng)結(jié)合對(duì)硬幣進(jìn)行檢測(cè)判斷，進(jìn)行錢幣的清分，且清分效率和準(zhǔn)確性較高。裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，無(wú)需人工清點(diǎn)，解放勞動(dòng)力，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

[1] 周慶曙，陳勁杰，徐希羊，等.基于機(jī)器視覺(jué)的硬幣清分技術(shù)[J].通信電源技術(shù)，2015，(4)：74-77.

[2] 郭星，陳亦仁，商云男，等.WBH1314型紙袋式硬幣清分包裝一體機(jī)的設(shè)計(jì)研發(fā)[J].包裝工程，2013，(2)：63-67.

[3] 張弛，張永立，李紅彥，等.圖像識(shí)別技術(shù)在硬幣清分計(jì)數(shù)器中的應(yīng)用[J].機(jī)床與液壓，2006，(5)：160-162.

[4] 李仁強(qiáng).用于錢幣分類的機(jī)械裝置設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016，(11)：33.

[5] 杜春雷.ARM體系結(jié)構(gòu)與編程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003.

(責(zé)任編輯：李文英)

Design and Implementation of Automatic Coins Counting System

Du Juan Xiao Hongbo

(Electro-mechanic Engineering College, Wuhan Technical College of Communications, Wuhan 430065, Hubei)

The necessity of coins counting was analyzed. This paper designed an automatic coins counting system based on the area size of coins and signal processing by single-chip microcomputer. The simple-structure and low-cost device could count 1 Jiao, 5 Jiao and 1 Yuan coins accurately and efficiently.

coins; counting; automatic system; coin sorting; coins counting

2017-02-21

2017-03-01

湖北省教育廳科技項(xiàng)目(編號(hào)：B2016563)；湖北省教育廳科技處青年教師下企業(yè)行動(dòng)計(jì)劃

杜 娟(1980～)，女，碩士，講師.E-mail：dujuanchenyun@163.com

TH71

A

1671-3524(2017)01-0024-03